基于Wii遙控器的多點觸摸屏的實現

趙婕

【摘要】觸摸屏是現代應用很廣的一項科學技術，為人們的生產生活提供了很大方便，觸摸屏技術的研究具有非常重要的現實意義。本文通過對不同種類的觸摸屏技術的原理進行介紹，并提出了一項新的觸摸屏實現方法。

【關鍵詞】觸摸屏;種類;原理

1.觸摸屏技術概況

我國是世界上重要的觸摸屏生產和消費國家，越來越多的觸摸屏應用于手機、PDA、客戶終端查詢機等系統。目前雖然我國的觸摸屏生產已具規模，但是在生產實力和技術水平上與國外跨國公司仍存在差距。隨著經濟全球化的發展，特別是中國加入WTO以來，整個市場更趨國際化，近年來一些大型的跨國企業紛紛涌入中國市場，使國內本土企業面臨殘酷的競爭壓力。為此，中國企業一方面需要通過高質量產品占領市場，另一方面需要通過技術創新擴大競爭實力。

為了能夠保證產品的質量，提高生產效率，國內很多觸摸屏廠商紛紛引進國外先進的加工制造技術，國內的很多研發機構也通過學習國外的先進技術研制出了性能更好的產品。

目前觸摸屏應用較多的為電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏等。

1.1 電阻式觸摸屏

電阻觸摸屏是利用壓力感應進行控制操作，其屏體部分是一塊與顯示器表面相匹配的復合薄膜，該薄膜屏有多層，其中基層是一層玻璃或硬塑料平板，表面涂有透明氧化金屬（氧化銦 ITO）作為導電層，在這層之上，覆蓋一層經過硬化處理的塑料層，它的內表面也涂有導電層。這兩層之間距離非常小，僅為2.5微米，中間有許多微小（小于1/1000英寸）的透明隔離點，這些隔離點使這兩層材料絕緣隔開（如圖1所示）。

圖1 電阻觸摸屏工作原理

如圖1所示，當手指觸摸屏幕時產生壓力，使這兩層之間的觸摸點有了接觸，因為其中一個導電層電阻發生變化，在Y軸方向得到5V電壓，使得偵測層的電壓由零變為非零，控制器得到信號，進行A/D轉換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得到Y軸坐標，同理得到X軸位置，這就是電阻技術觸摸屏的基本原理。

1.2 電容式觸摸屏

電容式觸摸屏是由四層復合玻璃屏組成，最外一層為矽土玻璃保護層，用來保護導體層和感應器，當屏幕上有塵土或油漬時，觸摸屏依然能夠正常工作。電容觸摸屏內表面和夾層均涂有ITO，內層ITO的作用是為屏蔽層提供良好的工作環境，夾層中ITO層為工作面。四個電極分別從四個角導出，當手指觸摸在屏幕時（圖2），人體所帶的電場通過手指和屏幕表面形成耦合電容，在高頻電流的條件下，電容是直接導體，手指在接觸點產生一個微小的電流，這個電流分別從四個角上輸出，輸出電流與觸點到四角的距離成正比，控制器基于這四個電流量的計算，得出觸摸點準確位置。

圖2 電容式觸摸屏工作原理

在電容觸摸屏的技術中將人體作為其中一個元件使用，因此當用其他物體如帶手套的手接觸屏幕時，觸摸屏不能做出相應反應，但是，每當有導體接近夾層ITO工作面，它們之間耦合電容超過一定值，導致觸摸屏出現誤差，在潮濕的環境里，這種情況更為嚴重。電容觸摸屏最主要的缺點是漂移，當周圍環境溫度、濕度以及電場發生變化時，都能引起漂移造成誤差。另外，由于電容觸摸屏中四層復合觸摸屏對不同波長的光所產生的透光率不同，易產生色彩失真的問題。

1.3 紅外技術觸摸屏

紅外線式觸摸屏的檢測器是由紅外發射管和紅外接收管組成（如圖3所示）。在顯示器的四周，按照X，Y方向密布著紅外線矩陣，發射管和接收管一一對應，縱橫交錯，當手指或物體觸摸在屏幕上，將橫豎兩個方向的紅外線遮擋住，主機可根據紅外對管的（X，Y）值判斷觸摸點的精確位置。

圖3 紅外技術觸摸屏工作原理

1.4 表面聲波觸摸屏

表面聲波，顧名思義是一種沿介質表面傳播的機械波。表面聲波觸摸屏是由四部分構成：聲波發生器、聲波接收器、反射器和觸摸屏。

表面聲波式觸摸屏的屏幕是一塊平面或曲面的玻璃，沒有覆蓋層或貼膜，置于LED或LCD之前。表面聲波式觸摸屏將豎直和水平兩個方向的超聲波發射換能器安裝在玻璃屏幕的左上角和右下角，與之相對應，超聲波接受換能器分別位于右上角和左下角（如圖4所示），屏幕四邊刻有45?角由疏到密間隔很小的反射條紋。當右下角的水平方向發射換能器工作時，控制器將5.53MHz的電信號傳輸到發射換能器中，通過發射換能器發出一個窄帶脈沖，將電信號轉化為500?m的聲波信號向左方傳遞，下方的反射條紋將聲波能量由屏幕表面均勻傳輸，再由上方的反射條紋將聲波能量傳輸到X軸接收換能器，因為發射換能器位于左下角，所以在右邊傳播的聲波信號比在左邊傳播的聲波信號早到達接受換能器，所有到達的聲波能量最終疊加成一個較寬的波形信號，接收換能器將表面聲波能量轉換為電信號。

圖4 表面聲波觸摸屏工作原理

當沒有物體觸摸屏幕時，所接收信號的波形與參照波形保持一致;當有手指或其他物體觸摸屏幕時，部分聲波能量被吸走，在接收波形上出現一個衰減缺口，計算該缺口位置，即得出X軸位置，同理可得出Y軸位置。此外，表面聲波觸摸屏根據波形衰減量大小還能感知用戶觸摸屏幕壓力大小，得出第三個參數（Z參數）。

1.5 光學觸摸屏

光學觸摸屏的工作原理如圖5所示：在觸摸屏頂部的左右兩側各安裝了一個CCD攝像頭，左側CCD攝像頭LED燈發射出光線，經過四周反射條反射，進入右上角的CCD攝像頭中;同理，右上角的CCD攝像頭發射的光線傳入左側的CCD攝像頭中.密布的光線在觸摸區域內形成一張光線網，經過多次反射的光線之間的空間在1mm以內。當觸摸屏幕上某一點時，該點的射出光線和接收光線形成一個夾角（如圖5所示），同時兩端的CCD攝像頭與這兩條光線以及兩個攝像頭之間構成的直線形成另外兩個夾角α和β，兩個攝像頭之間的距離是固定的，因此通過處理器的計算，就能得出該點的準確坐標，實現觸摸反應。當采用多點觸摸時，原理也是如此。

圖5 光學觸摸屏原理圖

2.利用Wii遙控器實現多點觸摸屏

Wii遙控器是日本任天堂公司一款游戲機手柄，它的頂端具有高分辨率紅外照相傳感器，能夠快速地同時跟蹤4點紅外光源，拍照成像為1024768像素，該紅外照相傳感器的工作頻率為100Hz，視野范圍在-45?～+45? 以內，在其內部還有一個內置藍牙設備。根據Wii遙控器的特性，將作為信號接收和信號輸出設備其應用于觸摸屏系統中。

圖5

在該系統中，由貼片紅外二極管作為系統的發光源，利用玻璃作為觸摸屏，紅外光在玻璃中發生全反射，玻璃表面有一個漸消失區，當用手指觸摸玻璃表面時，紅外光在觸摸點反射至Wii遙控器頂端的紅外攝像頭中，Wii遙控器將此信號通過內置藍牙傳輸到電腦，電腦顯示其對應觸摸點，從而實現觸摸屏功能。試驗結果顯示，該系統可以同時對玻璃表面的四個觸摸點做出正確判斷。

3.結束語

本文簡要介紹了幾種常見的觸摸屏技術，并提出一種新型觸摸屏實現方案，將Wii遙控器應用于觸摸屏技術中，該系統通過實驗證明可以準確快速對4點觸摸做出判斷，相比于目前常見的觸摸屏，該觸摸屏成本較低，準確度高，對于未來的應用于更多行業具有很大意義。

參考文獻

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